Granulatcell - Granule cell
Namnet granulcell har använts för ett antal olika typer av neuron vars enda gemensamma drag är att de alla har mycket små cellkroppar . Granulceller finns inom granulära skiktet av lillhjärnan , de dentate gyrus av hippocampus , det ytliga skiktet av dorsala kokleära kärnan , den olfaktoriska bulben , och hjärnbarken .
Cerebellära granulatceller står för majoriteten av neuroner i den mänskliga hjärnan. Dessa granulat celler mottar excitatoriska input från mossfibrer som härrör från Pontine kärnor . Cerebellära granulceller skjuter upp genom Purkinje -lagret in i molekylskiktet där de förgrenar sig till parallella fibrer som sprids genom Purkinje -cellens dendritiska arbors. Dessa parallella fibrer bildar tusentals excitatoriska granulat-cell-Purkinje-cell-synapser på de mellanliggande och distala dendritema av Purkinje-celler med glutamat som signalsubstans .
Lager 4 granulatceller i hjärnbarken tar emot insignaler från thalamus och skickar utskjutningar till supragranulära lager 2–3, men också till infragranulära lager i hjärnbarken.
Strukturera
Granulatceller i olika hjärnregioner är både funktionellt och anatomiskt olika: det enda de har gemensamt är litenhet. Till exempel, luktloben granuleceller är GABAergic och axonless, medan granulat celler i dentate gyrus har glutamaterg projektion axoner . Dessa två populationer av granulatceller är också de enda större neuronala populationerna som genomgår vuxen neurogenes , medan cerebellära och kortikala granulatceller inte gör det. Granulatceller (förutom de i luktlampan) har en struktur som är typisk för en neuron som består av dendriter , en soma (cellkropp) och en axon.
Dendriter : Varje granulatcell har 3-4 stubbiga dendriter som slutar i en klo. Var och en av dendriterna är bara cirka 15 μm lång.
Soma : Granulatceller har alla en liten somadiameter på cirka 10 μm.
Axon : Varje granulcell skickar en enda axon till Purkinje -cellens dendritiska träd. Axonen har en extremt smal diameter: ½ mikrometer.
Synaps : 100–300 000 granulacellaxoner synapser till en enda Purkinje -cell .
Förekomsten av gap -övergångar mellan granulatceller gör att flera neuroner kan kopplas till varandra så att flera celler kan verka synkroniserat och tillåta signalfunktioner som är nödvändiga för att granulcellsutveckling ska ske.
Cerebellär granulatcell
Granulcellerna, producerade av den rombiska läppen , finns i granulcellskiktet i cerebellar cortex . De är små och många. De kännetecknas av en mycket liten soma och flera korta dendriter som slutar med kloformade ändar. I transmissionselektronmikroskopet kännetecknas dessa celler av en mörkt färgad kärna omgiven av en tunn kant av cytoplasma. Axonet stiger upp i molekylskiktet där det delar sig för att bilda parallella fibrer .
Dentera gyrus granulatcell
Den huvudsakliga celltypen hos dentate gyrus är granulcellen. Den tandade gyrusgranulcellen har en elliptisk cellkropp med en bredd på cirka 10 μm och en höjd av 18 μm.
Granulcellen har ett karakteristiskt konformat träd av taggiga apikala dendriter . Dendritgrenarna skjuter ut genom hela molekylskiktet och de dendritiska trädets längsta spetsar slutar precis vid hippocampussprickan eller vid ventrikelytan. Granulcellerna är tätt packade i det granulära cellskiktet i dentatgyrus.
Dorsal cochlear nucleus granule cell
Granulcellerna i den dorsala cochleära kärnan är små neuroner med två eller tre korta dendriter som ger upphov till några grenar med expansioner vid terminalerna. Dendriterna är korta med klo-liknande ändar som bildar glomeruli för att ta emot mossiga fibrer , liknande cerebellära granulceller. Dess axon skjuter ut till molekylskiktet i den dorsala cochleära kärnan där den bildar parallella fibrer, också liknande cerebellära granulceller. De dorsala cochlea -granulatcellerna är små excitatoriska interneuroner som är utvecklingsrelaterade och därmed liknar cerebellär granulcell.
Olfaktorisk glödlampa granulat cell
Den huvudsakliga inneboende granulcellen i ryggradsdjurets luktlampa saknar en axon (liksom den tillbehörsneuron). Varje cell ger upphov till korta centrala dendriter och en enda lång apikal dendrit som expanderar in i granulcellskiktet och kommer in i mitralcellkroppsskiktet . Dendritgrenarna slutar inom det yttre plexiforma skiktet bland dendriterna i luktvägarna . I lukten hos däggdjur kan granulatceller bearbeta både synaptisk inmatning och utmatning på grund av närvaron av stora spines.
Fungera
Neurala vägar och kretsar i lillhjärnan
Cerebellära granulceller får excitatorisk input från 3 eller 4 mossiga fibrer som härrör från pontinkärnor . Mossiga fibrer gör en excitatorisk anslutning till granulatceller som gör att granulcellen avfyrar en åtgärdspotential.
Axonen i en cerebellär granulacell splittras för att bilda en parallell fiber som innerverar Purkinje -celler . De allra flesta granulacellaxonala synapser finns på de parallella fibrerna.
Parallelfibrerna skickas upp genom Purkinje -lagret in i molekylskiktet där de grenar ut sig och sprider sig genom Purkinje -cellens dendritiska arbors. Dessa parallella fibrer bildar tusentals excitatoriska Granule-cell-Purkinje-cell-synapser på dendriterna hos Purkinje-celler.
Denna anslutning är excitatorisk eftersom glutamat frigörs.
De parallella fibrerna och den stigande axonen synapser från samma granulcells eld i synkronisering vilket resulterar i excitatoriska signaler. I lillhjärnbarken finns en mängd olika hämmande neuroner ( interneuroner ). De enda excitatoriska neuroner som finns i hjärnbarken är granulatceller.
Plasticiteten hos synapsen mellan en parallellfiber och en Purkinje -cell antas vara viktig för motoriskt lärande . Cerebellära kretsars funktion är helt beroende av processer som utförs av det granulära lagret. Därför bestämmer funktionen hos granulceller cerebellärfunktionen som helhet.
Mossig fiberingång på cerebellära granulatceller
Granulatcellsdendriter synapser också med distinkta omyeliniserade axoner som Santiago Ramón y Cajal kallade mossiga fibrer Mossiga fibrer och golgiceller gör båda synaptiska förbindelser med granulatceller. Tillsammans bildar dessa celler glomeruli.
Granulatceller utsätts för hämning framåt : granulatceller exciterar Purkinje-celler men också exciterar GABAergic interneuroner som hämmar Purkinje-celler.
Granulatceller utsätts också för återkopplingshämning : Golgi -celler mottar excitatoriska stimuli från granulceller och skickar i sin tur tillbaka hämmande signaler till granulcellen.
Mossiga fiberingångskoder bevaras under synaptisk överföring mellan granulatceller, vilket tyder på att innervering är specifik för den ingång som tas emot. Granulatceller vidarebefordrar inte bara signaler från mossiga fibrer, utan de utför snarare olika invecklade transformationer som krävs inom spatiotemporal domän.
Varje granulatcell mottar en ingång från två olika mossiga fiberingångar. Ingången kommer alltså från två olika platser i motsats till att granulcellen tar emot flera ingångar från samma källa.
Skillnaderna i mossiga fibrer som skickar signaler till granulcellerna påverkar direkt den typ av information som granulceller översätter till Purkinje -celler. Tillförlitligheten för denna översättning beror på tillförlitligheten för synaptisk aktivitet i granulceller och på arten av den stimulans som tas emot. Signalen en granulatcell mottar från en mossig fiber beror på funktionen hos själva mossiga fibern. Därför kan granulceller integrera information från de olika mossiga fibrerna och generera nya aktivitetsmönster.
Klättringsfiberingång på cerebellära granulatceller
Olika mönster av mossig fiberinmatning kommer att producera unika aktivitetsmönster i granulatceller som kan modifieras av en undervisningssignal som förmedlas av klättringsfiberingången . David Marr och James Albus föreslog att lillhjärnan fungerar som ett adaptivt filter som förändrar motorbeteende baserat på den sensoriska inputens natur.
Eftersom flera (~ 200 000) granulatceller synapser till en enda Purkinje -cell kan effekterna av varje parallellfiber ändras som svar på en ”lärarsignal” från klättringsfiberingången.
Specifika funktioner för olika granulatceller
- Cerebellum granulatceller
David Marr föreslog att granulcellerna kodar för kombinationer av mossiga fiberingångar. För att granulcellen ska svara måste den ta emot aktiva ingångar från flera mossiga fibrer. Kombinationen av flera ingångar resulterar i att lillhjärnan kan göra mer exakta skillnader mellan inmatningsmönster än vad en enda mossig fiber skulle tillåta. Lillhjärnans granulatceller spelar också en roll i att orkestrera de toniska konduktanserna som styr sömnen i samband med de omgivande nivåerna av GABA som finns i hjärnan.
- Dentera granulatceller
Förlust av tandade gyrusneuroner från hippocampus resulterar i rumsligt minnesunderskott. Därför tros tandade granulatceller fungera vid bildandet av rumsliga minnen och episodiska minnen. Omogna och mogna dentatgranulatceller har olika roller i minnesfunktionen. Vuxenfödda granulatceller antas vara inblandade i mönsterseparation medan gamla granulatceller bidrar till snabb mönsterslutförande.
- Dorsala cochlea granulatceller
Pyramidala celler från det primära auditiva cortexprojektet direkt vidare till cochlea -kärnan. Detta är viktigt i den akustiska häpnadsreflexen , där pyramidcellerna modulerar den sekundära orienteringsreflexen och granulcellinmatningen är ansvarig för lämplig orientering. Detta beror på att signalerna som mottas av granulcellerna innehåller information om huvudpositionen. Granulatceller i den dorsala cochleära kärnan spelar en roll i uppfattningen och responsen på ljud i vår miljö.
- Olfaktoriska glödlampskornceller
Hämning som genereras av granulatceller, den vanligaste GABAergic -celltypen i luktlampan, spelar en avgörande roll när det gäller utformningen av lukten av lukten. Det finns två typer av excitatoriska ingångar som tas emot av GABAergic -granulatceller; de som aktiveras av en AMPA -receptor och de som aktiveras av en NMDA -receptor . Detta gör att granulcellerna kan reglera behandlingen av den sensoriska ingången i luktlampan. De luktloben överför lukt information från näsan till hjärnan, och är således nödvändigt för en riktig luktsinne. Granulatceller i luktlampan har också visat sig vara viktiga för att bilda minnen kopplade till dofter.
Kritiska faktorer för funktion
- Kalcium
Kalciumdynamik är avgörande för flera funktioner hos granulatceller såsom förändrad membranpotential , synaptisk plasticitet , apoptos och reglering av gentranskription . Kalciumsignalernas karaktär som styr den presynaptiska och postsynaptiska funktionen hos ryggraden i luktkula -granulatcellerna är mestadels okänd.
- Kväveoxid
Kornneuroner har höga nivåer av den neuronala isoformen av kväveoxidsyntas . Detta enzym är beroende av närvaron av kalcium och ansvarar för produktionen av kväveoxid (NO). Denna signalsubstans är en negativ regulator av proliferation av granulatceller, som främjar differentiering av olika granulaceller. NO reglerar interaktioner mellan granulaceller och glia och är avgörande för att skydda granulcellerna från skador. NO ansvarar också för neuroplasticitet och motoriskt lärande .
Roll i sjukdom
Förändrad morfologi av dentatgranulatceller
TrkB ansvarar för upprätthållandet av normal synaptisk anslutning av dentatgranulatcellerna. TrkB reglerar också den specifika morfologin (biologin) hos granulcellerna och sägs således vara viktig för att reglera neuronal utveckling, neuronal plasticitet, inlärning och utveckling av epilepsi . TrkB -regleringen av granulatceller är viktig för att förhindra minnesunderskott och limbisk epilepsi. Detta beror på det faktum att dentatgranulatceller spelar en kritisk roll i funktionen av entorhinal-hippocampala kretsar inom hälsa och sjukdom. Dentatgranulatceller är placerade för att reglera informationsflödet till hippocampus , en struktur som krävs för normalt lärande och minne.
Minskad neurogenes av granulaceller
Både epilepsi och depression visar en störd produktion av vuxna födda hippocampala granulatceller. Epilepsi är förknippat med ökad produktion - men avvikande integration - av nya celler tidigt i sjukdomen och minskad produktion sent i sjukdomen. Avvikande integration av vuxengenererade celler under utvecklingen av epilepsi kan försämra dentatens gyrus förmåga att förhindra överskott av excitatorisk aktivitet från att nå hippocampala pyramidceller och därigenom främja anfall. Långvarigt epileptiskt anfall stimulerar neurogenes av dentatgranulatceller. Dessa nyfödda dentatgranulatceller kan resultera i avvikande anslutningar som resulterar i hippocampus nätverkets plasticitet i samband med epileptogenes .
Kortare celldendriter
Patienter som lider av Alzheimers har kortare celldendriter. Dessutom var dendriterna mindre grenade och hade färre ryggrad än hos patienter som inte lider av Alzheimers. Emellertid är granulatceldendriter inte en väsentlig komponent i senila plack och dessa plack har ingen direkt effekt på granulatceller i dentatgyrus. De specifika neurofibrillära förändringarna av dentatgranulatceller förekommer hos patienter som lider av Alzheimers, Lewy -kroppsvariant och progressiv överkärnig pares .